李 冬，韓曉玲

（甘肅建筑職業(yè)技術學院，蘭州 730050）

混凝土模板支架體系中立桿和剪力撐的內力實測分析

李 冬，韓曉玲

（甘肅建筑職業(yè)技術學院，蘭州 730050）

近些年來，在混凝土模板支架的搭設過程中頻繁發(fā)生安全責任事故，給施工企業(yè)帶來了很大的人員傷亡，同時也造成了巨大的經(jīng)濟損失。經(jīng)過對各種模板支架坍塌事故的分析，發(fā)現(xiàn)這些事故多是由于企業(yè)在施工過程中，過分施加各種荷載而又未能準確掌握支架的內里變化，導致支架立桿和剪力因內力過大失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。所以應該深入施工一線對施工現(xiàn)場實際模板支架體系立桿和剪力撐在各個施工階段的內力進行實測，進而獲得比較準確的內力變化情況。這樣對于施工企業(yè)掌握支架體系內里變化規(guī)律，防止坍塌事故的發(fā)生具有重要價值。

支架；立桿；剪力撐；內力實測

0 引言

基于混凝土構件模板支架體系是一個典型的“時變結構”，所以在各個時間點混凝土構件的模板支架體系的內力可能是不同的，隨著混凝土結構的進一步澆筑，下層或者下部混凝土構件的模板支架體系承擔的施工荷載和結構物自重會進一步加大。而在工程現(xiàn)場施工過程中，模板支架體系的設計和實施也存在著多種隱患，嚴重者會導致模板支架體系在施工過程總發(fā)生坍塌等安全責任事故[1]，其中最典型的就是，模板支架體系的設計計算和專項施工方案的編制多存在生搬硬套、照貓畫虎的情況，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)多存在以下情況：

1）模板立桿的穩(wěn)定性計算有較多錯誤，考慮到的施工荷載和結構自重等主要荷載因素不全面，立桿計算長度有誤。

2）剪刀撐等構造措施采用經(jīng)驗進行設計，缺乏有力的設計數(shù)據(jù)支持。

3）設計過程和專項施工方案的編制紙上談兵，未能充分考慮影響支架體系穩(wěn)定性的主要因素。

4）模板支架的搭設缺少甚至忽略了細部節(jié)點做法及節(jié)點詳圖。

1 實測的主要目的

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，混凝土模板支架體系在發(fā)生破壞時，多是由于立桿長度過長并且剪力撐受力過大而引起?；谏鲜龅母鞣N情況，有必要對混凝土構件模板支架體系進行實測研究[2]，以便進一步獲得施工現(xiàn)場進行混凝土構件澆筑過程中支架立桿和剪力撐內力變化的一手資料，從而準確的計算各個時間點的內力峰值，合理設定模板支架體系的專項施工搭設方案，對于避免模板支架體系安全事故和提高混凝土構件的生產(chǎn)效率都具有重要意義。

對于施工過程中混凝土構件模板支架體系的實測，在以往國內外相關學者也進行了大量的試驗和研究[3]，但是，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，目前對混凝土模板支架體系的實測內容及結論有一定的差異，主要表現(xiàn)為[4]：

首先，缺少對整個混凝土構件的完整施工澆筑過程的連續(xù)觀測，而把相應的實測時段多取定為混凝土構件的現(xiàn)澆階段和養(yǎng)護階段，只在這兩個階段分析構件模板支架體系的內力發(fā)展過程，對構件支架體系內力發(fā)展的全過程缺乏分析；

其次，由于時間限制，實測人員對于混凝土構件的模板支架體系進行連續(xù)監(jiān)測的時間過短，可能忽略了某個階段模板支架體系的特殊內力發(fā)展；

最后，實測人員在進行現(xiàn)場實測時，實測的重點多放在了對模板支架體系的上部結構自重和施工荷載的量測方面，而對模板支架體系的結構內力和支架立桿的軸力量測分析較少。

因此，為了進一步分析研究模板支撐體系中立桿和剪力撐在混凝土構件整個施工過程中的內力變化趨勢，通過對其進行混凝土構件不同施工階段的內力實測，對預防模板支架體系坍塌的施工事故有著重要的意義。

2 實測的主要內容及實測工程的概況

經(jīng)過前期的分析得出，混凝土構件模板支架體系立桿和剪力撐的內力變化現(xiàn)場實測的主要內容包括：

1）實測立桿和剪力撐的承載力和內力變化的規(guī)律，研究在混凝土構件的施工過程中，他們的承載力和內力同結構物施工工藝與混凝土構件自重之間的相互關系。

2）研究實測部分的模板支架體系在工作過程中的傳力路徑，分析荷載在立桿和剪力撐中的分布情況。

3）隨著建筑物混凝土構件的施工進一步實施，分析在不同時點上的立桿和剪力撐受力特點。

文章所選取的實測工程項目為某商貿綜合樓工程，該工程為7層的綜合樓，1層為商場，2、3層為綜合辦公用房，4～7層為賓館，總建筑面積3 626.85 m2，建筑總高度23.5 m。主體為框架結構，鋼筋混凝土條形基礎，工程為二類建筑，建筑抗震設防烈度為8度，建筑設計使用年限為50年。本次模板支架實測的部位是首層⑥～⑦軸線部分，該部分由混凝土框架柱、框架梁和混凝土樓面板構成。

3 實測方案的設計

3.1 實測儀器的選擇

1）在現(xiàn)場實測采用HC-3100振弦式壓力計，將其埋置于支架底部，以單點讀取的方式采集支架體系的軸向壓力，如圖1所示；

2）為了測量在對混凝土構件進行澆筑及養(yǎng)護的各個施工過程中，立桿和剪力撐在各個施工操作過程中所承擔的荷載及其變化情況，采用DH3816型靜態(tài)電阻應變儀采用逐點測量逐點記錄方式進行實測，如圖2所示。

3.2 實測方案的設計

工程測試區(qū)的模板支撐體系所采用的支架鋼管為Q235鋼管，規(guī)格為Φ48×3，扣件的扭緊力矩為35.05 N·m。測試現(xiàn)場的平面布置圖和剖面示意圖如圖3所示。

圖1 HC-3100振弦式壓力計

圖2 DH3816型靜態(tài)電阻應變儀

圖3 模板支架實測現(xiàn)場的平面布置圖和剖面示意圖

在測點的選擇方面，結合工程測試區(qū)的實際情況，選取了L1、L2號立桿作為測試對象；剪力撐采用J1作為測試對象，同時在各個桿件上設置應力測點，各桿件共貼4個應力感應片，如圖4所示。

首先，在模板支架體系中對L1、L2號立桿的下部設置HC-3100振弦式壓力計，實時監(jiān)測在各個測試時段立桿下部所承擔的總荷載情況及荷載變化情況。

然后，將電阻應力感應片設置于圖4所示剪力撐相應的節(jié)點處，然后將感應片與DH3816靜態(tài)電阻應變儀相連接，采用靜態(tài)電阻應變儀測定剪力撐的內力變化情況。

圖4 模板支架感應片布置圖

4 實測結果分析

本次實測采用兩階段實測進行，分別測試混凝土構件現(xiàn)場澆筑施工過程中模板支架體系的內力變化情況和混凝土構件在養(yǎng)護過程中的內力變化情況：

第一階段：自混凝土構件開始澆筑至混凝土澆筑結束。在這個階段內，對混凝土模板支撐體系中的立桿和剪力撐的數(shù)據(jù)采集開始10 min/次，然后逐步均勻擴大至1 h/次。

第二階段：混凝土構件的養(yǎng)護階段，平均每2 h對混凝土模板支撐體系中的立桿和剪力撐的數(shù)據(jù)采集一次。

4.1 立桿和剪力撐在第一階段的內力變化規(guī)律

經(jīng)過上述程序所測得的立桿和剪力撐在第一階段的內力變化規(guī)律分別如圖5、6所示。

圖5 第一階段立桿應力變化圖

經(jīng)過分析得出：

1）混凝土構件開始澆筑時立桿所承受的應力主要是拉應力，但是隨著混凝土的繼續(xù)澆筑，這種拉應力在短時間內過渡成壓應力。因此，立桿所承受的應力總體來說是先受拉后受壓。在這個階段立桿下部所承擔的荷載總體的變化趨勢趨于平穩(wěn)，立桿上部的荷載由于剛開始澆筑混凝土過程中，荷載波動較大，所以初期上部承受荷載波動幅度大，隨著混凝土繼續(xù)澆筑，則逐漸趨于平穩(wěn)。

圖6 第一階段剪力撐測點應力變化圖

2）剪力撐所承受的應力主要是壓應力，整個桿件處于受壓狀態(tài)，但是隨著混凝土的繼續(xù)澆筑，這種壓應力在逐漸轉變?yōu)槔瓚Γ麄€細節(jié)變化波動頻繁復雜，這表明剪力撐在混凝土澆筑過程中主要起到調整、平衡整個模板支架體系的內力受力情況，對維持混凝土澆筑過程中的模板支架體系的穩(wěn)定起著至關重要的作用。

4.2 立桿和剪力撐在第二階段的內力變化規(guī)律

經(jīng)過上述程序所測得的立桿和剪力撐在第二階段的內力變化規(guī)律分別如圖7、8所示。

圖7 第二階段立桿應力變化圖

圖8 第二階段剪力撐測點應力變化圖

經(jīng)過分析得出：

1）在第二階段中，混凝土構件在養(yǎng)護過程中立桿所承受的應力主要是壓應力，但是壓應力并不是恒定的，而是在隨著養(yǎng)護時間的增加而在不斷增長，直到養(yǎng)護時間過半后才開始慢慢趨于穩(wěn)定。

2）在第二階段中，剪力撐所受的應力突出表現(xiàn)為壓應力，并且應力分布均衡，變化趨于穩(wěn)定。

5 結語

通過對混凝土結構模板支架立桿和剪力撐的現(xiàn)場實測可以得出如下結論：

1）模板支架體系中的立桿是整個體系的主要承重構件，通過實測可以看出，在整個模板支架體系的工作過程中，立桿在混凝土澆筑初期所承受的上部荷載要大于后期澆筑和養(yǎng)護階段，所以對模板支架體系進行設計時，立桿部分應該重視頂端伸出長度的取值和計算系數(shù)的確定。

2）剪力撐在整個混凝土構件的施工過程中起著調整、平衡整個模板支架體系的內力受力情況，維護模板支架體系整體穩(wěn)定性的重要作用。通過實測發(fā)現(xiàn)，剪力撐在混凝土構件澆筑過程中的應力變化復雜，波動頻率大，所以剪力撐搭設的合格與否直接決定了模板支架體系的安全性，是防范模板支架體系安全事故發(fā)生的重要工作點。因此在對模板支架體系進行設計時，應加大對剪力撐的研究和設計。

[1]李冬.工程混凝土模板支架體系在搭設過程中存在的問題及解決對策[J].中國建材科技，2014（1）：89-92.

[2]林璋璋，楊俊杰.多層模板支撐體系的實測分析[J].施工技術，2005（3）：20-23．

[3]徐佳煒.高層建筑多層模板支撐體系及其安全性研究[D].上海：同濟大學，2008（3）：24-26.

[4]閆鑫，陳凱，董海江，等.施工期某鋼管模板支架特性實測研究[J].建筑結構，2011（S2）：487-490.

TU392.3

A

1673-1093（2015）02-0093-04

李冬（1983），男，講師、經(jīng)濟師，畢業(yè)于蘭州交通大學，就職于甘肅建筑職業(yè)技術學院，研究方向：工程管理、工程造價、招標投標。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.024

2014-11-13；

2014-12-01